Сердце тренированного человека отличается еще одной важной особенностью: оно способно резко учащать свои сокращения при максимальных мышечных напряжениях, обеспечивая тем самым усиление кровообращения. Считается, что наиболее высокой производительностью сердца является частота 180 ударов в минуту, а дальнейшее увеличение ЧСС не сопровождается эффективной работой.
Начинать подсчет частоты пульса надо не позднее чем через 2–3 секунды после остановки бегуна. Подсчет длится 10 секунд с дальнейшим умножением полученной цифры на 6.
За каждое сокращение сердце выбрасывает в аорту количество крови, называемое ударным объемом, который колеблется от 60 до 80 мл, но при усиленной работе может достигать 200 мл. У физически тренированных людей необходимый приток крови к работающим мышцам происходит преимущественно за счет ударного объема (ЧСС учащается незначительно), а у нетренированных – за счет увеличения ЧСС при неизменном ударном объеме.
Мощность работы сердца определяется двумя показателями: ударным объемом и минутным объемом, который равен произведению ударного объема на частоту пульса. В состоянии покоя минутный объем равен примерно 5 л.
Исследования показали, что во время бега минутный объем крови до ЧСС 130 уд/мин растет как за счет увеличения ударного объема, так и за счет повышения ЧСС. В дальнейшем при увеличении скорости бега растет ЧСС, а ударный объем остается на уровне, достигнутом при ЧСС 130 уд/мин. К уровню ЧСС 170–190 уд/мин минутный объем крови достигает своих максимальных величин. Эта ЧСС, а также и скорость бега, вызвавшая такие физиологические изменения, называются критическими. В этот момент организм потребляет максимальное количество кислорода. Увеличение ЧСС выше критической ведет к снижению как ударного, так и минутного объемов крови.
Следует отметить, что критическая ЧСС, так же как и максимальное потребление кислорода (МПК), при этом зависит от возраста. Так, по данным конгресса спортивной медицины (1968), критическая ЧСС у бегунов моложе 20 лет достигает 200 уд/мин, 20–35 лет – 190, 35–45–180, 45–55 лет – 170, у бегунов старше 55 лет – 160 уд/мин.
Наглядным примером высокой работоспособности сердца может служить и количество перекачиваемой им крови. Достаточно сказать, что в год сердце перегоняет по организму 3,5 миллиона литров крови. Это в состоянии покоя. А вот при беге на среднюю дистанцию в зависимости от темпа и степени тренированности к мышцам поступает в 10–20 раз больше крови. Это происходит за счет мобилизации крови из «депо» – селезенки, печени, подкожной клетчатки, легких. На помощь приходят и капилляры: они расширяются, открывается множество резервных путей, которые в состоянии покоя плотно закрыты [44].
В обычных условиях сердце использует лишь сравнительно небольшую часть своих возможностей и постоянно сохраняет огромный резерв, который может быть мобилизован в любой момент. Этот резерв очень важен для здорового человека и спортсмена, но еще большее значение он приобретает при сердечно-сосудистых заболеваниях.
Бег многопланово влияет на сердечно-сосудистую систему (сердце и тонус сосудов). Каким бы умеренным ни был бег, в результате происходит урежение частоты пульса в покое, сердце работает эффективнее, отдаляется его «старение». Бег – прекрасное средство профилактики ряда серьезных заболеваний (ишемическая болезнь, инфаркт миокарда, инсульт, стенокардия, острая сердечная недостаточность).
В процессе занятий оздоровительным бегом укрепляется дыхательная система, повышаются резервные возможности дыхания.
Важными показателями аэробных возможностей организма являются жизненная емкость легких и максимальное потребление кислорода.
Жизненной емкостью легких (ЖЕЛ) называется максимальное количество воздуха, которое человек может полностью выдохнуть после максимально глубокого вдоха. После самого полного выдоха в легких остается еще около 1000 мл воздуха (остаточный объем), который не учитывается при определении ЖЕЛ. Средняя величина ЖЕЛ у мужчин, не занимающихся спортом, 3000–4000 мл, у женщин – 2500–3000 мл. У курящих емкость легких, как правило, ниже нормы на 300–500 мл. У спортсменов величина ЖЕЛ намного выше, например у легкоатлетов – до 5000 мл. У пожилых любителей бега с годами ЖЕЛ может уменьшаться на 500–1000 мл с уменьшением объемов тренировок (например, как у пишущего эти строки – с 5000 до 3500 мл за 1970–2012 годы).
В состоянии покоя частота дыхания равна у мужчин 10–16, у женщин – 14–20 дыханий в минуту. При каждом спокойном вдохе мужчины набирают около 500 мл воздуха в легкие, женщины – около 300–400 мл. Таким образом, в состоянии покоя легкие пропускают через себя около 5000–8000 мл (5–8 л) воздуха в минуту. При ходьбе этот показатель увеличивается в два раза (до 10–16 л), а при беге – в 10–15 раз (до 50–120 л).
Величина максимального потребления кислорода (МПК) – это количество кислорода, которое организм способен усвоить (потребить) в единицу времени (за 1 минуту). Она зависит в основном от двух факторов: функции кислородтранспортной системы и способности работающих скелетных мышц усваивать кислород.
Аэробная производительность является физиологической основой общей выносливости и физической работоспособности. Поэтому основным критерием здоровья следует считать величину МПК конкретного человека. Именно МПК является количественным выражением уровня здоровья, показателем «количества» здоровья. Научными исследованиями установлен рост МПК в ходе тренировок, причем он тесно связан с увеличением объема сердца.
В организме происходит «подача» атмосферного кислорода в ткани, где он «реализуется» сложным путем биологического окисления с образованием энергии. Суть этого процесса в следующем.
Благодаря сокращению дыхательных мышц атмосферный воздух засасывается в легкие. Молекулы кислорода, пройдя бронхи и бронхиолы, достигают мельчайших легочных пузырьков – альвеол – и оттуда проникают в кровь, которая течет по капиллярам, вплотную соприкасающимся со стенками альвеол. Эта подача кислорода из атмосферы в кровь является первым этапом дыхательной функции, именуемым внешним дыханием.
Проникающий в кровь кислород соединяется с гемоглобином, находящимся в красных кровяных шариках – эритроцитах. Кровь, насыщенная кислородом, оттекает от легких и устремляется по легочным венам к сердцу. Пройдя последовательно через левое предсердие, левый желудочек сердца, аорту, артерии и артериолы, она попадает в мельчайшие сосуды – капилляры той или иной ткани организма, например в мышцу. Здесь кислород отщепляется от гемоглобина и покидает кровеносное русло, проникая вглубь мышечной ткани. Процессы, обеспечивающие подачу кислорода от легких к тканям, являются вторым этапом дыхательной функции, именуемым в учебниках по физиологии транспортом кислорода кровью.
Посредством переносчиков кислород транспортируется к митохондриям – мельчайшим органеллам тканей, в которых и происходит сложнейший процесс образования аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) – универсального источника биологической энергии. Кислород участвует в этих реакциях. Этот, уже третий по счету, процесс дыхательной функции именуется тканевым дыханием.